【2017年整理】UPS的简单介绍

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1、UPS 的简单介绍 2006-11-18 22:30:40 UPS 基本概念 ? UPS 容量单位 VA 和 W 的区别 ? 瓦特 W 值和 VA 值的关系 ? UPS 制造商用 W 表示容量，实际上指的是 VA 值 ? 大多数计算机设备用 VA 表示容量、VA 值表示额定 ? 举例 ? 后备式 UPS ? 在线式 UPS ? 在线互动式 UPS UPS 容量 VA 和 W 的区别 很多人搞不清楚应该用瓦牡学应该用伏安来表示 UPS 的容量。许多 UPS 制造商分不清这两个概念的区别，甚至将 W 和 VA 两个名词等同起来，这更增加了人们理解上的混乱。小容量的 UPS(小于 1000VA)用

2、W 表示容量，容量在 1KVA500KVA 的 UPS 都用 VA而不是 W 来表示容量。用 W 表示小容量 UPS 的可能是因为小容量 UPS 用户更加熟悉瓦特这个概念，然而用 VA 能更准确地表 UPS 和负载容量的匹配程度，因为最根本的决定UPS 输出能力的是电流值(A)，所以自然用 VA 表示更贴切。W 值总是小于等于 VA 值，换算关系式如下： Watts(瓦特值)VA*Power Factor=Volts*Amps*Power Factor 典型 Volts=120 或 230V Amps=负载电流 Power Factor:功率因素，其值在 0 和 1 之间 功率因素在 01 之

3、间，它表示了负载电流做的有用功(Watts)的百分比。 只有电加热器和灯泡等的功率因素为 1;对于其它设备来说，有一部分负载电流只是在负载内循环，没有做功。这部分电流是谐波或电抗电流，它是由负载特性引起的。重要的是明白了由于有这部分电流，所以 VA 值比 W 值大，W 值被认为是 VA 值当功率因素为 1 时的一个特例。 计算机的瓦特 W 值是它的 VA 值的 6070 事实上当今所有的现代计算机的开关电源都呈容性，其功率因素值为 0.60.7。个人机趋向 0.6，大型机趋向于 0.7。最近研制出一种称为具有功率因素自校正功能的新型电源，它的功率因素值为 1。将来很可能会广范使用这种电源， 但

4、目前市场上还很少看到这种电源。 对计算机负载，UPS 的 W 值是它的 VA 值的 6070 因为所有计算机的功率因素值为 0.60.7，所以对计算机负载， UPS 的 W 值是 VA 值的 6070。 大多数 UPS 制造商用 W 表示容量，而实际上他们指的是 VA 值 当 UPS 厂家指出了额定 W 值而没有标出功率因素和额定 VA 值， 用户可以假定这是在功率因素为 1W 值( 等于 VA 值) ，而实际上厂家指的是 UPS 额定 VA 值。实际对计算机负载 W 值为该标出值的 6070，所以一个额定值为 100的 UPS 能驱动一个 100W 的灯泡，但只能驱动一个 65W 的计算机。

5、 大多数计算机设备用 VA 表示容量 最近有些计算机开始用 W 表示容量(最著名的 DEC 和 IBM)。但总体而言还是用 VA 的多。所以 UPS 用 VA 表示容量更能反映出其和负载的匹配程度。APC 所有 UPS 都同时提供了 W 值和 VA 两种值。产品的型号包括 VA 值，也可以通过将 VA 值乘以 0.65 折算成W 值。 UPS 额定为 VA 值以避免混淆 当一台 UPS 标出了 W 值，它对计算机负载的实际 W 容量为该标出值的 60100( 通常是 60)而 VA 值则是 100130的标定 W 值。而当一台 UPS 标出了额定 VA 值，它对计算机负载的实际 VA 值就等于

6、该标出值，W 值为标出值的 6070。 举例： 一台如下配置的标准的 Compaq386 机：NEC 彩显、120M 硬盘、一个流式磁带机、一个以太网卡和一个鼠标，在 120VAC 电源下测出它的 W，电流 AVA 值如下： 总的 Watts230W 总的 Amps3.04A 交流电压120V 总的 V-A365VA 功率因素0.63 UPS 电源的分类和技术特点 1.后备式 UPS 后备式 UPS 电源一般使用的是工频变压器来进行能量传递的，电源笨重而且体积大。后备式 UPS 电源的功率变换主回路的构成比较简单，主要由滤波电路和多抽头变压器组成，滤波电路可对市电中的干扰起到一定的抑制作用，多

7、抽头变压器则可以起到电压调节的功能，使 UPS 电源的输出电压在市电发生波动时也能维持稳定。后备式 UPS 电源的稳压精度没有在线式的高，但是完全可以满足一般的应用需要。市电正常时，UPS 一方面通过输出变压器稳压后给用电设备供电，另一方面通过充电回路给后备电池充电，当电池充满时，充电回路停止工作，在这种情况下，UPS 的逆变电路不工作。当市电发生故障，逆变电路开始工作，后备电池放电，在一定时间内维持 UPS 的输出。可见 UPS 存在一个从市电供电到电池供电的转换过程，这种转换一般是通过继电器来实现，因此会有转换时间，切换期间 UPS 的输出会出现瞬间掉电的现象。不过转换时间很短，一般只有几

8、个毫秒，并不会影响到计算机的正常工作。出于成本考虑，后备式 UPS 电源工作在逆变状态时输出电压波形失真比较大，廉价的的系统电压输出波形多是方波，做得好的可以实现正弦波输出。后备式 UPS 电源在市电供电时具有很高的效率，这一点是显而易见的。 2.在线式 UPS 在线式 UPS 电源一般采用双变换模式。市电正常供电时，交流输入经 AC/DC 变换转换成直流，一方面给蓄电池充电，另一方面给逆变器供电，逆变器自始自终都处于工作状态，将直流电压经 DC/AC 逆变成交流电压给用电设备供电。这样的工作模式带来的好处是：对外界电网的各种干扰起到了很好的隔离作用，交流输出波形“干净”（不带任何干扰，接近于

9、标准的正弦波） ，波形失真小，一般该类 UPS 电源的波形失真系数都能做到 3%以下，而且输出电压的电压稳定度和频率稳定度都很高。另一方面当 UPS 电源从市电供电转换到电池供电时其转换时间几乎是零，这种转换时间是我们通常意义上所说的 UPS 转换时间。不过在线式 UPS 电源也存在另一种转换时间，那就是当蓄电池电压低于允许值以下或逆变器有故障时，会发生由正常供电方式向由市电直接旁路供电方式切换的过程，这种切换是通过继电器来实现的，因此也存在转换时间，显然这是一种故障状态，与通常意义的转换时间是不同的。 绝大多数在线式 UPS 电源都采用的是高频变换技术，能量的变换也都使用的是高频变压器来完成

10、的，这些电源都具有体积小、重量轻、噪声低的特点，但有的在线式 UPS 电源仍然使用的是工频变压器，其线圈工作在高频，磁芯却工作在工频，这种产品笨重，体积大。同样是 15 分钟的延时时间，3kVA 的输出容量，使用高频变压器的产品的重量只有使用工频变压器的产品的三分之一，体积也只有五分之一左右。 3.在线互动式 UPS 能量变换都不可避免的会有能量损耗，因此正常工作时，在线式 UPS 电源的整机效率要比后备式的低。不过在线式 UPS 电源在为用电设备提供不间断供电的同时，大大地改善了电源的供电质量。 在线互动式 UPS 电源也称之为三端口式 UPS 电源，使用的是工频变压器。从能量传递的角度来考

11、虑，其变压器存在三个能量流动的端口，端口 1 连接市电输入，端口 2 通过双向变换器与蓄电池相连，端口 3 接输出。市电供电时，交流经端口 1 流入变压器，在稳压电路的控制下选择合适的变压器抽头接入，同时在端口 2 的双向变换器的作用下借助蓄电池的能量转换来共同调节端口 3 上的输出电压，以此来达到比较好的稳压效果。市电掉电时，蓄电池通过双向变换器经端口 2 给变压器供电，维持端口 3 上的交流输出。在线互动式 UPS 电源在变压器抽头切换的过程中，双向变换器作为逆变器方式工作，蓄电池供电，因此能实现输出电压的不间断，同样在由市电供电到电池供电的切换过程中也能做到没有转换时间。 在线互动式 U

12、PS 电源的电路实现简单，没有单独的充电器，带来的是生产成本的降低和可靠性的提高，另一方面这类产品在市电供电工作时也不存在 AC/DC，DC/AC 的转换，使整机效率有所提高。可以说在线互动式 UPS 很好地结合了后备式 UPS 和在线式 UPS 的许多优点，是一种很不错的变换形式，但是由于在线互动式 UPS 使用的是工频变压器，同样有笨重、体积大的问题。 UPS 的电池管理技术 : 蓄电池是 UPS 的心脏，不管 UPS 系统多么复杂，其性能最终取决于它的电池，如果电池失效，再好的 UPS 也无法提供后备电源。如何监视电池以精确地预测其临界失效期和如何延长电池的有效寿命，是保证 UPS 供电

13、系统稳定、可靠的关键。 对精确地预测其临界失效期，一般很少做到。有的 UPS 厂家已拥有技术，但真正应用于产品的好象没有，比如对每一节电池进行监测；单元电池定时充放电；某一节电池出现故障，可以及时通知更换等，因成本太高，很少实际应用。因此对大容量的 UPS 采用人工维护，定时监测电池状况。 既然不能精确地预测其临界失效期，那就尽可能延长电池寿命。大容量 UPS 的电池管理比较完善，对中小功率的 UPS 厂家一般不太关注。当然随着技术的发展，有的 UPS厂家已经在小至 1KVA 的机内设有丰富的电池管理技术。据研究，影响电池寿命的因素有：充电电流、充电电压、放电深度、环境温度、放电次数。针对这五

14、个因素，一般有如下对策： 充电器的性能：充电器的性能需大大增强，采用恒压恒流分段式充电技术，对电池进行最优充电，充电电流的纹波尽可能小，才能延长电池的寿命。最优充电电流随着电池容量的不同而不同，因此随着后备时间的不同、电池容量的不同要求充电器的充电电流可增加或减少。现在有的 UPS 厂家为了共用充电器，将充电器的功率做大，针对用户的实际电池配置，将充电器的电流调小。这样做的优点是可以满足不同电池配置的要求，缺点是浪费成本，同时如果限制充电电流的装置失效，或用户维护不当，就会损坏电池。用户看到的电池鼓起来，有些就是充电电流太大，电池热失控引起的。有的厂家就以正常配置设计充电器的功率，后备时间过长

15、的或过短的就无法照顾了。现在最好的方案是充电器模块设计，可并联、均流。不同的配置选择数目不等的充电器，既可节约成本，又可满足用户不同的要求。 放电深度的控制技术: 目前 UPS 厂家对电池的终止放电电压在各种电池容量、各种负载下均为固定。这对大电流放电时电池能量不能充分利用，而小电流放电时又极易造成电池的深度放电，损坏电池。大电流、小电流是针对电池容量而言的，例如 100AH 的电池，当放电电流为 0.5C，即 1000.5A=50A 以上时称大电流放电; 小于 0.01C 即 1A 的放电电流称小电流放电。小电流放电很容易造成涓流放电，使电池永久性的损坏。研究发现，电池的放电电流越大，电池所

16、允许的终止放电电压越小；相反，放电电流越小，电池所允许的终止放电电压就越大。可见电池放电终止电压是可变的。随着技术的发展，有的 UPS厂家已提出了电池放电终止电压自动调节技术，通过实时监测放电电流的大小，自动调节电池终止放电电压。这样既能保护电池，又能最大限度的使用电池的后备能量。 环境温度补偿技术：研究发现，当环境温度升高时，电池组本身固有的存储寿命 会逐渐缩短。例如：电池的预期寿命在环温为 20时为 10 年，在环温为 45时只有 5 年。如果选配有温度补偿功能充电器的 UPS 可以使电池的寿命延长 30%-50%。因为当环境温度升高时，电池所允许的浮充电压阀值下降。此时，若浮充电压为固定，势必对电池组置于 过压充?quot;工作状态，加剧电池的化学反应，造成蓄电池中的水分子大量电解，放出氢气和氧气而逸出，电解液不断干涸，电池容量减少，从而缩短电池的寿命。环境温度补偿技术是指 UPS 可以根据环境温度的不同自动调整浮充电压，从而不会使电池处于